Tụ điện là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách kiểm tra tụ điện

Trong cuộc sống, bạn hẳn thường nghe đến tình trạng tụ điện trong tivi bị hỏng, tụ điện trong quạt bị hỏng, v.v. Vì vậy Tụ điện là gì?? Cấu trúc của tụ điện là gì và chức năng của nó là gì? Dưới đây, chúng tôi sẽ trả lời chi tiết từng câu hỏi trên và hướng dẫn bạn cách kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng!

Tụ điện là gì?

Tụ điện là một linh kiện điện tử có thể lưu trữ năng lượng dưới dạng trường điện. Tụ điện hoạt động bằng cách tích tụ điện tích trên hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi một lớp vật liệu cách điện, gọi là điện môi. Điện môi được sử dụng cho tụ điện là vật liệu không dẫn điện, giúp tăng khả năng lưu trữ năng lượng của tụ điện. Các thông số kỹ thuật quan trọng của tụ điện bao gồm:

• Điện dung: Khả năng lưu trữ điện tích của tụ điện được đo bằng farad (F). Điện dung thường được đo bằng microfarad (µF), nanofarad (nF) hoặc picofarad (pF) vì 1 farad là một giá trị rất lớn.
• Điện áp làm việc: Là điện áp tối đa mà tụ điện có thể chịu được mà không bị hỏng.
• Điện trở trong: Là điện trở trong của tụ điện, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của tụ điện trong mạch điện.
• Dung sai: Biểu thị độ lệch của giá trị điện dung thực tế so với giá trị danh nghĩa.

Cấu trúc của tụ điện

Tụ điện là gì?? Đây là một linh kiện điện tử cơ bản có thể lưu trữ năng lượng dưới dạng trường điện. Cấu trúc của tụ điện bao gồm ba phần chính:

Hai tấm dẫn điện: Các tấm này thường được làm bằng kim loại và có thể có nhiều hình dạng khác nhau như phẳng, cuộn hoặc hình trụ. Các tấm này có chức năng tích tụ và truyền điện tích khi có điện áp được áp dụng cho tụ điện.

Lớp điện môi: Lớp điện môi nằm giữa hai tấm và là vật liệu cách điện. Vật liệu này ngăn dòng điện đi trực tiếp từ tấm này sang tấm kia, đồng thời tăng khả năng lưu trữ năng lượng của tụ điện. Lớp điện môi của Tụ điện là gì?? Lớp điện môi này có thể được làm bằng các vật liệu như gốm, mica, giấy, nhựa, polyester, polypropylene hoặc các loại polyme khác. Các đặc tính của điện môi quyết định điện dung của tụ điện. Hằng số điện môi của vật liệu điện môi càng cao thì điện dung của tụ điện càng lớn.

Vỏ bọc ngoài: Vỏ bọc ngoài bảo vệ điện cực và chất điện môi khỏi các tác động bên ngoài như độ ẩm, bụi bẩn và các yếu tố môi trường khác.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện là gì?

Nguyên lý hoạt động của tụ điện dựa trên sự tích tụ và duy trì điện tích trên hai tấm dẫn điện được ngăn cách bởi một vật liệu cách điện gọi là điện môi. Khi một điện áp (V) được áp dụng trên hai tấm của tụ điện, các điện tích dương (+) sẽ tích tụ trên một tấm và các điện tích âm (-) sẽ tích tụ trên tấm kia. Do lớp điện môi cách điện, các điện tích không thể di chuyển qua điện môi mà chỉ tích tụ trên bề mặt của các tấm.

Điện tích tích tụ trên hai tấm tạo ra một điện trường (E) giữa chúng. Điện trường này là nguyên nhân gây ra lực hấp dẫn giữa các điện tích dương và âm trên hai tấm. Năng lượng được lưu trữ trong tụ điện dưới dạng năng lượng điện trường được sử dụng khi cần thiết.

Quá trình sạc và xả Tụ điện là gì?? Khi tụ điện được kết nối với nguồn điện áp, dòng điện chạy vào tụ điện, tăng dần lượng điện tích trên hai điện cực. Điện áp trên tụ điện tăng theo thời gian và cuối cùng đạt đến giá trị bằng điện áp của nguồn. Tại thời điểm này, tụ điện được sạc đầy, được gọi là quá trình sạc.

Xả là khi nguồn điện bị tắt và một tải như điện trở được kết nối với tụ điện, tụ điện sẽ xả. Các điện tích sẽ di chuyển từ bản cực dương sang bản cực âm qua tải, làm giảm điện áp trên tụ điện cho đến khi tụ điện được xả hoàn toàn.

Công dụng của tụ điện

Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện dưới dạng trường điện. Khả năng này tương đương với pin, nhưng ưu điểm lớn nhất của tụ điện là khả năng lưu trữ năng lượng điện mà không bị mất. Chúng có thể được sạc và xả nhanh chóng, khiến chúng phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi sự thay đổi nhanh chóng về điện áp và dòng điện.

Tìm hiểu về Tụ điện là gì? giúp chúng ta hiểu một phần chức năng của nó. Tuy nhiên, tụ điện cũng cho phép điện áp xoay chiều (AC) đi qua nhưng chặn điện áp một chiều (DC). Điều này khiến tụ điện hoạt động như một điện trở đa năng trong mạch AC. Khi tần số AC tăng, điện kháng dung của tụ điện giảm, cho phép điện áp dễ dàng chạy qua tụ điện.

Do khả năng sạc và xả nhanh, tụ điện có thể truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại mà không ảnh hưởng đến điện áp DC giữa các tầng. Điều này rất quan trọng trong các mạch điện tử như bộ khuếch đại âm thanh.

Tụ điện có thể lọc điện áp AC thành điện áp DC bằng cách loại bỏ pha âm. Chúng được sử dụng trong mạch chỉnh lưu để làm phẳng sóng điện áp, tạo ra nguồn điện DC ổn định. Tụ điện là một thành phần quan trọng, không thể thiếu trong mạch điện và điện tử. Chúng được sử dụng trong âm thanh ô tô, trong máy phát điện, bếp từ, v.v.

Các loại tụ điện thông dụng

Tụ điện được phân loại thành nhiều loại dựa trên cấu trúc, tính chất và ứng dụng của chúng. Dưới đây là các loại tụ điện phổ biến:

Tụ điện phân cực

• Cấu trúc: Trong phần nghiên cứu Tụ điện là gì? Chúng ta đã học về cấu trúc chung của tụ điện. Vậy cấu trúc của tụ điện phân cực là gì? Tụ điện phân cực có cực dương và cực âm riêng biệt, thường được làm bằng chất điện phân.
• Đặc điểm: Giá trị điện dung lớn, kích thước nhỏ gọn.
• Ứng dụng: Thường được sử dụng trong mạch điện DC, mạch lọc và mạch khuếch đại.
• Lưu ý: Khi lắp đặt phải chú ý đến cực dương và cực âm, nếu lắp ngược có thể gây hỏng hoặc nổ tụ điện.

Tụ điện không phân cực

• Cấu trúc: Không có cực dương và cực âm rõ ràng, có thể kết nối theo bất kỳ hướng nào.
• Tính năng: Điện dung nhỏ hơn tụ điện phân cực, ổn định và bền hơn.
• Ứng dụng: Được sử dụng trong mạch điện xoay chiều, mạch lọc tín hiệu và mạch cộng hưởng.
• Các loại phổ biến: Tụ gốm, tụ mica, tụ giấy, tụ polyester.

Tụ điện

• Cấu trúc: Giá trị điện dung có thể thay đổi bằng cách xoay hoặc điều chỉnh.
• Tính năng: Điện dung có thể được điều chỉnh trong một phạm vi nhất định.
• Ứng dụng: Thường được sử dụng trong mạch vô tuyến, bộ điều chỉnh tần số và mạch cộng hưởng.

Tụ điện ion lithium

• Cấu trúc: Kết hợp tụ điện và pin lithium-ion.
• Tính năng: Mật độ năng lượng cao, khả năng lưu trữ năng lượng lớn hơn và thời gian sạc ngắn hơn.
• Ứng dụng: Được sử dụng trong các thiết bị cần nguồn điện ổn định và công suất lớn như thiết bị điện tử cầm tay, hệ thống lưu trữ năng lượng, thiết bị công nghiệp.

Công thức tính điện dung của tụ điện

Bây giờ chắc hẳn bạn đã hiểu rồi. Tụ điện là gì? Trong môn Vật lý ở trường phổ thông, bạn sẽ học cách tính điện dung của tụ điện. Theo đó, có hai cách để tính điện dung của tụ điện khi mắc nối tiếp và song song. Sau đây là các phép tính chi tiết trong từng trường hợp, hãy cùng theo dõi nhé!

Kết nối chuỗi

Khi các tụ điện được mắc nối tiếp, điện dung tương đương của hệ tụ điện giảm và được tính theo công thức: 1/C tđ = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3+….

Nếu chỉ có hai tụ điện mắc nối tiếp thì công thức tính điện dung tương đương đơn giản hơn: Ctđ = (C1 x C2)/ (C1 + C2)

Đối với điện áp chịu đựng của các tụ điện tương đương khi mắc nối tiếp thì điện áp chịu đựng tổng của hệ tụ điện bằng tổng điện áp của từng tụ điện: Utđ = U1 + U2 + U3+….

Khi đấu nối tụ điện nối tiếp, đặc biệt là tụ điện phân, cần chú ý đến hướng của tụ điện. Cực âm của tụ điện trước phải đấu nối với cực dương của tụ điện tiếp theo để đảm bảo hệ thống tụ điện hoạt động bình thường.

Song song

Khi các tụ điện được mắc song song, điện dung tương đương của hệ thống tụ điện sẽ bằng tổng điện dung của từng tụ điện: Ctđ = C1 + C2 + C3+…. Điện áp chịu đựng của tụ điện tương đương bằng điện áp của tụ điện có điện áp thấp nhất trong hệ thống: Utđ = min (U1, U2, U3,…). Khi mắc các tụ điện song song, đặc biệt là tụ điện phân, các tụ điện phải được mắc cùng chiều dương và chiều âm để đảm bảo hệ thống tụ điện hoạt động bình thường.

Kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng

Trong bài viết này chúng tôi không chỉ trả lời Tụ điện là gì? nhưng cũng hướng dẫn cách kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng. Tụ điện là linh kiện điện tử lưu trữ năng lượng điện, nhưng nếu có sự chênh lệch giữa hai bề mặt dẫn điện thì sẽ gây nguy hiểm cho người sử dụng. Do đó, bạn cần phải đo sự thay đổi giá trị điện dung để đánh giá xem chúng có hoạt động bình thường không? Tiếp theo, chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng và đồng hồ vạn năng điện tử để bạn có thể hiểu rõ.

Đo tụ điện bằng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số

Bước 1: Đầu tiên, chọn đồng hồ vạn năng kiểm tra tụ điện và cài đặt ở chế độ ohm.

Bước 2: Tiếp theo, chạm đầu dò của đồng hồ vạn năng vào hai cực.

Bước 3: Đọc giá trị, nếu mức điện trở thấp và không di chuyển, tụ điện bị đoản mạch và không còn hoạt động tốt nữa. Nếu đồng hồ vạn năng hiển thị điện trở tụ điện ở mức thấp và sau đó là vô cực, tụ điện vẫn hoạt động tốt.

Đo tụ điện bằng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số

Bước 1: Tương tự như trên, trước tiên bạn cần hiểu nguyên lý của Tụ điện là gì? Đặt đồng hồ đo ở chế độ Ohm và đặt thang đo ở phạm vi 1K.

Bước 2: Chạm đầu đo của đồng hồ vạn năng vào hai cực của tụ điện rồi thay đổi đầu đo.

Bước 3: Màn hình đồng hồ sẽ hiển thị kết quả. Nếu màn hình hiển thị một dãy số trong vài giây rồi chuyển sang Open Line thì tụ điện vẫn hoạt động tốt. Ngược lại, nếu màn hình không hiển thị thì không có thay đổi gì thì tụ điện đã bị hỏng.

Phần kết luận

Ở trên, chúng tôi đã trả lời Tụ điện là gì?cấu tạo, nguyên lý hoạt động, công dụng của tụ điện để bạn tham khảo. Tụ điện là linh kiện điện tử quan trọng để lưu trữ năng lượng điện. Bạn cần biết cách tính điện dung và kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ đo điện để áp dụng vào thực tế. Đừng quên theo dõi fanpage tuyengiaothudo.vnkênh Youtube Kênh Hoàng Hà để cập nhật thông tin hữu ích.

XEM THÊM: